Megoldották az Uránusz és a Neptunusz rejtélyét?

Az Uránusz 1986 óta tartja izgalomban a mágneses terek kutatóit. Ekkor haladt el a közelében a Voyager 2 űrszonda, és ennek az eszköznek a mérései azóta is számos vitát váltottak ki. Az utolsó szót ebben a vitában aligha mondták ki, hiszen a méréseket belátható időn belül nem lehet megismételni, az Uránuszra (illetve a bolygó felé) ugyanis nem terveznek egyelőre újabb űrmissziót.

Az Uránusz és a Neptunusz különlegessége

Az Uránusz több tekintetben is különleges bolygó. Például forgástengelye a pályasíkjába esik, tehát lényegében „oldalán fekve” forog. Emiatt a 84 földi évig tartó Uránusz-év felében – míg a bolygó átér a Nap egyik oldaláról a másikra – északi pólusa végig napfényben fürdik, az év második felében pedig teljes sötétségbe borul.

A másik érdekessége mágneses mezeje, amelynek tengelye valamilyen okból nem megy át a bolygó középpontján, ráadásul 59 fokos szöget zár be a forgástengellyel. Ha a Föld mágneses mezeje állna így, akkor Floridában lenne bolygónk északi mágneses pólusa. A Neptunusz földivel azonos erősségű mágneses mezeje szintén erősen elhajlik a forgástengelytől, éppúgy mint az Uránuszé, ám nem tudni miért.

Mindezt tetézi, hogy mintha két mágnesrúd lenne az Uránuszban: két északi és két déli pólus mutatható ki a bolygó mágneses terében.

A mágneses mező kialakulása a Földön

A brit Nature című lapban most egy új teória jelent meg a jelenséggel kapcsolatban. A szerzők tanulmányukban azt állítják, hogy az Uránusz és a Neptunusz belső struktúrája radikálisan különbözik attól, amit korábban képzeltek a tudósok e hideg (mínusz 200 Celsius fok alatti), távoli planétákról.

A bolygók mágneses terét az úgynevezett dinamóhatás kelti. A dinamóelv lényege földi kísérletekben az, hogy ha egy fémkorong mágneses mezőben pörög, akkor az így keletkezett erő az elektronokat a korong középpontja felé taszítja. Amíg a korong forgásban van, addig az elektronok mozgása – az elektromos áram(lás) – viszont továbbra is mágneses mezőt indukál, vagyis a mágneses és az elektromos jelenségek egymást gerjesztik, erősítik.

A bolygók mágneses tere hasonló módon keletkezik, legalábbis az eddigi elméletek szerint. Az előfeltételek közé tartozik, hogy a bolygó eredeti alkotóanyaga már eleve valamilyen mágnesességgel rendelkezzen, illetve hogy az égitest a saját tengelye körül forogjon. A planéták felülete alatt egy elektromos vezetőképességű folyadékra is szükség van, amelyet egy belső energiaforrásnak kell mozgatnia.

A Föld esetében például egy szilárd belső mag úszik egy olvadt, vasban gazdag folyadékban, amelyet a Föld forgása tart mozgásban, és konvekciós áramok is segítik ezt a mozgást. (A konvekciós áramlatok a belső mag hőjét továbbítják a felszín felé – a konvekció szó egyébként áramlás útján történő hőközlést jelent.) Ez a mozgás kelti tehát a Föld esetében a mágneses mezőt.

A Jupiter és a Szaturnusz mágneses mezője

A Jupiter és a Szaturnusz esetében kissé más a helyzet, de ezeknél is megfelelő volt az eddigi elmélet. A két nagybolygó ugyanis gázóriásnak számít, tehát nem sziklás a felszíne, mint a Földnek.

A Jupiter és a Szaturnusz esetében ezért úgy gondolják, a felszín alatti hidrogén segíti a mágneses mező kialakulását. Ez a felszín alatti hidrogén hatalmas nyomás és hőmérséklet hatására protonok és elektronok „levesévé” válik, amely egy kicsiny szilárd mag körül forog. A proton-elektron-leves azt jelenti, hogy a hidrogén egyetlen protonból álló magja elveszíti a kapcsolatot az egyetlen körülötte forgó elektronnal, így az elektronok szabadon áramolhatnak az immár „fémes” tulajdonságú folyadékban. A Jupiter belső részében lévő anyagot ezért szokták „fémes hidrogénnek” nevezni.

Neptunusz

A Neptunusz és az Uránusz belső szerkezete eltér a többi nagybolygótól

Ám a Neptunusz és az Uránusz belső szerkezete eltér a Jupiterétől és a Szaturnuszétól – állítja a Nature-ben megjelent tanulmány, jóllehet az Uránusz és a Neptunusz is gázóriásoknak számítanak. A szerzőknek az a véleménye, hogy az utóbbi két planéta csak nagyon vékony fémes, konvekciós folyadékkal rendelkezik. Ez döntő hatással van a bolygók mágneses mezejére is, hiszen ez a mező ily módon csak egy kagylóhéjra emlékeztet, a gázhalmazállapotú hidrogénből álló felszín alatt.

Mindennek hatására „dőlhet el” a mágneses tengely e bolygókon, vagyis ezért tér el az észak-déli iránytól a mágneses pólusok közötti képzeletbeli vonal, s ezért lehet négy pólus az Uránuszon.

A tanulmány szerzői – Jeremy Bloxham és Sabine Stanley – a Harvard Egyetemen dolgoznak. Sikerült egy olyan számítógépes modellt kidolgozniuk, amely véleményük szerint képes imitálni az Uránuszon uralkodó viszonyokat, legalábbis a Voyager 2 űrszonda kutatásainak, méréseinek fényében. Ahhoz persze, hogy kétséget kizáróan megismerjük az Uránusz és a Neptunusz mágneses mezejének szerkezetét, és ellenőrizni lehessen a harvardi tudósok elméletét, újabb űrszondát kellene eljuttatni a két bolygó közelébe.

Ilyen űrmissziót most sehol sem terveznek, ugyanakkor amerikai és európai szondák a tervek szerint a Merkúrhoz és a Szaturnuszhoz eljuthatnak, és méréseket végezhetnek a bolygók mágneses terében.